Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980434410.12737/6908Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиFAILURE ANALYSIS OF BOOM SEAT METAL STRUCTURESАнализ причин разрушения металлических конструкций опорного узла стрелового кранаЛукьяновВиталий ФедоровичLukyanovVitaliy Федоровичvfl1@bk.ruАссауленко Семен СеменовичAssaulenko Semen СеменовичAssaulenko_s@mail.ru3012201430122014144186193https://zh-szf.ru/en/nauka/article/4344/view
Проведен анализ причин разрушения грузоподъемного крана Gottwald НМК 170 EG (63 т), которое произошло в 2011 году на территории ОАО «Новороссийский морской торговый порт». Разработаны конструктивные и технологические рекомендации восстановления несущей способности платформы. Эти предложения основаны на результатах анализа повреждений сварных соединений поворотной платформы грузоподъемного крана и численном трехмерном моделировании ее напряженного состояния. Показано, что резкое изменение податливости сварного узла в районе расположения ребер жесткости, подкрепляющих опорную плиту платформы, обусловливает локальное повышение напряжений и создает предпосылки к зарождению усталостных трещин. Результаты моделирования участков зарождения трещин качественно совпадают с результатами обследования крана. Показано, что локализация напряжений в сварных соединениях узлов с неоднородной податливостью соединяемых деталей является общей закономерностью. Это необходимо учитывать как при проектировании, так и при разработке технологии ремонта. На конкретном примере предложено при ремонте сварного узла установить дополнительные накладки, обеспечивающие плавное изменение податливости сварного узла в месте расположения ребра жесткости платформы.
The causes of the destruction of the crane Gottwald НМК 170 EG (63 t) which happened in 2011 on the territory of “Novorossiysk Commercial Sea Port” are analyzed. The structural and engineering recommendations on the platform bearing capacity restoration are developed. These proposals are based on the failure analysis of the weld joints of the prow rotating platform, and on the 3D numerical simulation of its stress state. It is shown that an abrupt change in the welded assembly compliance in the area of the stiffening ribs supporting the platform bedplate causes a local increase in stress and predetermines the fatigue-crack nucleation. The results of the crack nucleation regions simulation are in good agreement with the crane diagnostic results. It is shown that the stress localization in the welded node joints with non-uniform compliance of the connected components is a common pattern. It must be taken into account in both the designing and the development of the repair tech-nique. A specific case suggests extra pads to provide a smooth change in the welded assembly compliance in the area of the platform stiffening rib under the weld assembly repair.
напряженно-деформированное состояние протяженных угловых швов3D-моделированиеметод конечных элементовявление упругой податливостиstress-strain state of extended fillet welds3D simulationfinite element methodelastic compliance effect
Введение. За последние годы во многих ключевых отраслях России: транспортной, топливно-энергетической, аграрно-промышленной, нефтегазодобывающей и др. заметно увеличился износ основных производственных фондов. Парк грузоподъемных машин в нашей стране достаточно сильно изношен. В таблице 1 приведены данные о количестве грузоподъемных кранов, отработавших нормативный срок службы [1].
Годовой отчет о деятельности федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2011 году / Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору; Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности. - Москва , 2012. - 536 с.Godovoy otchet o deyatel´nosti federal´noy sluzhby po ekologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru v 2011 godu. [Annual report on the activities of the Federal Service for Ecological, Techno-logical and Nuclear Supervision in 2011.] Federal´naya sluzhba po ekologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru; Nauchno-tekhnicheskiy tsentr issledovaniy problem promyshlennoy bezopasnosti. [Federal Service for Ecological, Technological and Nuclear Supervision; Scientific and Technical Research Center of In-dustrial Safety.] Moscow, 2012, 536 p. (in Russian).Справочник по кранам : в 2 т. / В. И. Брауде [и др.]. - Ленинград : Машиностроение, 1988. - Т. 1. - 536 с.Braude, V. I. Spravochnik po kranam : v 2 t. [Handbook of cranes in 2 volumes.] Leningrad : Mashi-nostroenie, 1988, vol. 1, 536 p. (in Russian).Заключение № РНС-33-0138-ГПМ-12 технической экспертизы по вопросам о причинах и харак-тере разрушения портового мобильного крана НМК 170 EG, зав. № 12818900, рег. № 511023, инв. № 93 при аварии, произошедшей 24.12.2011 на территории ОАО «Новороссийский морской торговый порт», сформулированных в письме № 2441-45 от 27.01.2012 ОАО «Новороссийский морской торговый порт» и письме № 538/08-07 от 06.02.2012 Северо-Кавказского управления Ростехнадзора / ООО «ИКЦ “Мысль”» Новочеркасского ГТУ. - Новочеркасск, 2012. - 15 с.Zaklyuchenie № RNS-33-0138-GPM-12 tekhnicheskoy ekspertizy po voprosam o prichinakh i kha-raktere razrusheniya portovogo mobil´nogo krana NMK 170 EG, zav. № 12818900, reg. № 511023, inv. № 93 pri avarii, proizoshedshey 24.12.2011 na territorii OAO «Novorossiyskiy morskoy torgovyy port», sformuliro-vannykh v pis´me № 2441-45 ot 27.01.2012 OAO «Novorossiyskiy morskoy torgovyy port» i pis´me № 538/08-07 ot 06.02.2012 Severo-Kavkazskogo upravleniya Rostekhnadzora. [Technical expertise conclusion no. RNS-33-0138-GPM-12 on the causes and nature of the destruction of the port mobile crane NMK 170 EG, serial no. 12818900, reg. no. 511023, tag no. 93, at the accident which happened on the territory of JSC "Novorossiysk Commercial Sea Port", contained in the letter no. 2441-45 of 27.01.2012, JSC "Novorossiysk Commercial Sea Port", and in the letter no. 538 / 08-07 of 06.02.2012, North -Caucasian Rostechnadzor management.] Engi-neering Consultation Center “Mysl” LLC, NSTU, Novocherkassk, 2012, 15 p. (in Russian).Чигарев, А. В. ANSYS для инженеров : справ. пособ. / А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк. - Санкт-Петербург : Питер, 2004. - 512 с.Chigarev, А. V., Kravchuk, A. S., Smalyuk, A. F. ANSYS dlya inzhenerov : sprav. posob. [ANSYS for engineers: reference book.] Sankt-Peterburg : Piter, 2004, 512 p. (in Russian).Лукьянов, В. Ф. Влияние неодинаковой податливости сварных швов на напряженно-деформированное состояние в нахлесточном соединении / В. Ф. Лукьянов, Д. В. Рогозин, В. В. Михайлов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 1999. - № 1. - С. 48-51.Lukyanov, V. F., Rogozin, D. V., Mikhaylov, V. V. Vliyanie neodinakovoy podatlivosti svarnykh shvov na napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie v nakhlestochnom soedinenii. [Effect of uneven compliance of welds on the stress-strain state in the overlap joint.] Vestnik of DSTU, 1999, no. 1, pp. 48-51 (in Russian).Лукьянов, В. Ф. Влияние упругой податливости соединяемых элементов на распределение уси-лий в прерывистых фланговых швах / В. Ф. Лукьянов, Д. В. Рогозин // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 1999. - № 3. - С. 28-35.Lukyanov, V. F., Rogozin, D. V. Vliyanie uprugoy podatlivosti soedinyaemykh elementov na raspre-delenie usiliy v preryvistykh flangovykh shvakh. [Effect of elastic compliance of connected elements on the dis-tribution of efforts in intermittent flank seams.] Vestnik of DSTU, 1999, no. 3, pp. 28-35 (in Russian).Людмирский, Ю. Г. Исследование упругой податливости соединения швеллер - пластина мето-дом конечных элементов / Ю. Г. Людмирский, В. В. Михайлов // Сварка XXI век : сб. статей. - Липецк, 2004 год. - Т. 2. - С. 636-642.Lyudmirskiy, Y. G., Mikhailov, V. V. Issledovanie uprugoy podatlivosti soedineniya shveller - plasti-na metodom konechnykh elementov. [Study on elastic compliance of the channel - plate connection by finite element method.] Svarka XXI vek : sb. statey. [Welding XXI century: collected works.] Lipetsk, 2004, vol. 2, pp. 636-642 (in Russian).Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1-8. Расчет соединений : технический кодекс установившейся практики ТКП EN 1993-1-8 / Министерство архитектуры и строительства Респуб-лики Беларусь. - Минск, 2010. - 133 с.Evrokod 3. Proektirovanie stal´nykh konstruktsiy. Chast´ 1-8. Raschet soedineniy : tekhnicheskiy ko-deks ustanovivsheysya praktiki TKP EN 1993-1-8. [Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1-8. Calculation of connections: technical code of common practice TKP EN 1993-1-8.] Ministry of Architecture and Construction of Belarus. Minsk, 2010, 133 p. (in Russian).Lukjanov, V. F. Imitative Simulation of Welded Joint Fracture Under Low-Cycle Loading / V. F. Lukjanov, A. S. Korobtsov // Int. J. Pres. Ves. & Piping. - 1991. - № 47. - Р. 193-206.Lukjanov, V. F., Korobtsov, A. S. Imitative Simulation of Welded Joint Fracture Under Low-Cycle Loading. Int. J. Pres. Ves. & Piping, 1991, vol. 47, no. 2, pp. 193-206.Варуха, Е. Н. Остаточный ресурс металла труб и сварных соединений газопровода, прорабо-тавшего 37 лет / Е. Н. Варуха, В. И. Брюшко // Сварка в Сибири. - 2004. - № 2. - С. 70-73.Varukha, Е. N., Bryushko, V. I. Ostatochnyy resurs metalla trub i svarnykh soedineniy gazoprovo-da, prorabotavshego 37 let. [Residual life of metal pipes and welded joints of the pipeline that has worked for 37 years.] Svarka v Sibiri, 2004, no. 2, pp. 70-73 (in Russian).Лукьянов, В. Ф. Технологическая наследственность как фактор надежности сварных соедине-ний / В. Ф. Лукьянов // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2005. - Т. 5, № 3. - C. 13-18.Lukyanov, V. F. Tekhnologicheskaya nasledstvennost´ kak faktor nadezhnosti svarnykh soedineniy. [Technological heredity as a factor of welded joints reliability.] Vestnik of DSTU, 2005, vol. 5, no. 3, pp. 13-18 (in Russian).Дюргеров, Н. Г. Ремонт методом дополнительных деталей. Практика ремонта, восстановления и модернизации / Н. Г. Дюргеров, А. П. Павлов // Ремонт. Восстановление. Модернизация. - 2007. - № 1. - C. 19-21.Dyurgerov, N. G., Lukyanov, V. F., Pavlov, A. P. Remont metodom dopolnitel´nykh detaley. Praktika remonta, vosstanovleniya i modernizatsii. [Repair by method of optional parts. Practice of repair, res-toration, and modernization.] Repair, Reconditioning, Modernization. 2007, no. 1, pp. 19-21 (in Russian).